本發(fā)明涉及一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法，屬于計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

人類的視覺不僅可以識別物體顏色形狀等表象特征，還可以通過對比兩只眼睛所獲得圖像的差別進(jìn)行分析來獲得圖像的深度、轉(zhuǎn)角姿態(tài)等一系列信息。雙目視覺是機(jī)器視覺的一個重要的形式，也是未來主流的機(jī)器視覺的發(fā)展方向。雙目視覺通過使用仿人類的視覺方式，根據(jù)攝像頭針孔成像模型的原理，通過左右兩個攝像頭來獲得圖像的信息，并通過計算不同視角的圖像差，結(jié)合特征點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，來獲得目標(biāo)的深度、轉(zhuǎn)角，姿態(tài)等信息，從而為機(jī)器視覺提供更多的數(shù)字信號。

目前針對多目標(biāo)位姿測量，主要采用微波雷達(dá)、激光技術(shù)、位姿傳感器和計算機(jī)視覺等技術(shù)。微波雷達(dá)技術(shù)主要應(yīng)用于大范圍測量中，測量精度低且價格昂貴；激光技術(shù)獲取的點(diǎn)云信息校正后精度高，但是矯正和處理點(diǎn)云的過程很復(fù)雜，且三維激光設(shè)備價格昂貴；位姿傳感器技術(shù)使用方便，但是僅適用于小型系統(tǒng)，并且由于無線通信的傳輸速度問題，所以存在測量延遲，測量實(shí)時性不好；計算機(jī)視覺的應(yīng)用也很廣泛，包括全景視覺、單目視覺、雙目視覺等，其中，全景視覺信息量大、圖像畸變較大，造成算法復(fù)雜，無用信息多的缺點(diǎn)；單目視覺結(jié)構(gòu)簡單，但是存在著信息量少，對空間信息獲取不足的問題；雙目視覺通過對雙目攝像頭的圖像差進(jìn)行分析識別位姿，具有價格低廉、信息全面等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著圖像處理相對復(fù)雜的問題。因此，提出一種方法簡單可行、計算量小的雙目視覺識別方法是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法。該方法簡單可行、充分利用了雙目視覺的特點(diǎn)和優(yōu)勢，通過對圖像差進(jìn)行幾何關(guān)系運(yùn)算便可以得到水平姿態(tài)轉(zhuǎn)角。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決已有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法，包括以下步驟：

步驟1、安裝識別物與雙目攝像頭，在需要識別水平相對位姿的物體上固定一個識別物，識別物需要滿足的條件是具有兩個垂直地面的直線邊緣，將雙目攝像頭水平放置，再把識別物放置在雙目攝像頭的攝像范圍內(nèi)，以保證可以采集到識別物的圖像信息；

步驟2、采集識別物的雙目圖像，打開運(yùn)行攝像頭，通過雙目攝像頭采集出同一時刻對識別物的兩個不同方位的圖像；

步驟3、構(gòu)建平面坐標(biāo)系，過雙目攝像頭的左右攝像頭光心所在的直線構(gòu)建平行于地面的平面坐標(biāo)系(x,y)，以左右攝像頭光心連線所在的直線為x軸，左攝像頭光心指向右攝像頭光心為x軸正方向；以過左攝像頭光心并垂直于x軸的水平方向?yàn)閥軸，指向識別物一側(cè)的方向?yàn)閥軸正方向；這里，設(shè)o點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，亦為左攝像頭光心，o1點(diǎn)為右攝像頭光心，線段ab為識別物平面(垂直于地面的平面在俯視圖中顯示為線段)；a點(diǎn)和b點(diǎn)分別為識別物左邊緣和右邊緣(垂直于地面的線段在俯視圖中顯示為點(diǎn))；

步驟4、獲取識別物在雙目攝像頭圖像中的夾角信息，獲取雙目攝像頭圖像中識別物在水平方向上的夾角，包括左攝像頭圖像中識別物左邊緣與右邊緣之間的水平夾角∠aob設(shè)為θ1、左攝像頭圖像中識別物右邊緣與x軸的正方向水平夾角∠boo1設(shè)為θ2，右攝像頭圖像中識別物左邊緣與右邊緣之間的水平夾角∠ao1b設(shè)為θ3，右攝像頭圖像中識別物左邊緣與x軸負(fù)方向的水平夾角∠ao1o設(shè)為θ4；

步驟5、計算識別物邊緣與攝像頭光心的距離，以左攝像頭光心o、右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a在水平方向上所圍成的三角形δoo1a，根據(jù)三角形正弦定理得到，

式中，l1表示右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a的水平距離，即線段ao1的長度，d表示雙目攝像頭中左右攝像頭光心的距離，即線段oo1的長度，由公式(1)解得右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a的水平距離l1為，

同理，以左攝像頭光心o、右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b在水平方向上所圍成的三角形δoo1b，根據(jù)三角形正弦定理得到，

式中，l2表示右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b的水平距離，即線段bo1的長度，由公式(3)解得右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b的水平距離l2為，

步驟6、計算識別物相對雙目攝像頭的水平偏角信息，以右攝像頭光心o1、識別物左邊緣a與識別物右邊緣b在水平方向上所圍成三角形δao1b，根據(jù)三角形余弦定理得到，

l²＝l1²+l2²-2l1·l2·cosθ3(5)

式中，l表示識別物左邊緣a與右邊緣b的水平距離，即線段ab的長度，由公式(5)解得識別物左邊緣a與右邊緣b的水平距離l為，

再根據(jù)三角形δao1b中正弦定理得到，

式中，θ5表示線段ab與線段bo1所形成的水平夾角∠abo1，由公式(7)解得，

再根據(jù)三角幾何關(guān)系，求得識別物相對x軸的水平偏角θ為，

本發(fā)明有益效果是：一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法，包括以下步驟：(1)安裝識別物與雙目攝像頭，(2)采集識別物的雙目圖像，(3)構(gòu)建平面坐標(biāo)系，(4)獲取識別物在雙目攝像頭圖像中的夾角信息，(5)計算識別物邊緣與攝像頭光心的距離，(6)計算識別物相對雙目攝像頭的水平偏角信息，與已有技術(shù)相比，本發(fā)明使用計算機(jī)視覺識別姿態(tài)，設(shè)備成本低，不必局限在固定的場景中，系統(tǒng)在機(jī)器人位置移動時仍然有效。另外，本發(fā)明方法可行簡單，復(fù)雜程度低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法步驟流程圖。

圖2是本發(fā)明位姿識別系統(tǒng)的三維效果圖。

圖中：(a)是本發(fā)明位姿識別系統(tǒng)的主視圖。

(b)是本發(fā)明位姿識別系統(tǒng)的俯視圖。

(c)是本發(fā)明位姿識別系統(tǒng)的三維視圖。

圖3是本發(fā)明俯視圖中位姿識別原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、安裝識別物與雙目攝像頭，在需要識別水平相對位姿的物體上固定一個識別物，識別物需要滿足的條件是具有兩個垂直地面的直線邊緣，將雙目攝像頭水平放置，再把識別物放置在雙目攝像頭的攝像范圍內(nèi)，以保證可以采集到識別物的圖像信息；

步驟2、采集識別物的雙目圖像，打開運(yùn)行攝像頭，通過雙目攝像頭采集出同一時刻對識別物的兩個不同方位的圖像；

步驟3、構(gòu)建平面坐標(biāo)系，過雙目攝像頭的左右攝像頭光心所在的直線構(gòu)建平行于地面的平面坐標(biāo)系(x,y)，以左右攝像頭光心連線所在的直線為x軸，左攝像頭光心指向右攝像頭光心為x軸正方向；以過左攝像頭光心并垂直于x軸的水平方向?yàn)閥軸，指向識別物一側(cè)的方向?yàn)閥軸正方向；這里，設(shè)o點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，亦為左攝像頭光心，o1點(diǎn)為右攝像頭光心，線段ab為識別物平面(垂直于地面的平面在俯視圖中顯示為線段)；a點(diǎn)和b點(diǎn)分別為識別物左邊緣和右邊緣(垂直于地面的線段在俯視圖中顯示為點(diǎn))；

步驟4、獲取識別物在雙目攝像頭圖像中的夾角信息，獲取雙目攝像頭圖像中識別物在水平方向上的夾角，包括左攝像頭圖像中識別物左邊緣與右邊緣之間的水平夾角∠aob設(shè)為θ1、左攝像頭圖像中識別物右邊緣與x軸的正方向水平夾角∠boo1設(shè)為θ2，右攝像頭圖像中識別物左邊緣與右邊緣之間的水平夾角∠ao1b設(shè)為θ3，右攝像頭圖像中識別物左邊緣與x軸負(fù)方向的水平夾角∠ao1o設(shè)為θ4；

步驟5、計算識別物邊緣與攝像頭光心的距離，以左攝像頭光心o、右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a在水平方向上所圍成的三角形δoo1a，根據(jù)三角形正弦定理得到，

式中，l1表示右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a的水平距離，即線段ao1的長度，d表示雙目攝像頭中左右攝像頭光心的距離，即線段oo1的長度，由公式(1)解得右攝像頭光心o1與識別物左邊緣a的水平距離l1為，

同理，以左攝像頭光心o、右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b在水平方向上所圍成的三角形δoo1b，根據(jù)三角形正弦定理得到，

式中，l2表示右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b的水平距離，即線段bo1的長度，由公式(3)解得右攝像頭光心o1與識別物右邊緣b的水平距離l2為，

步驟6、計算識別物相對雙目攝像頭的水平偏角信息，以右攝像頭光心o1、識別物左邊緣a與識別物右邊緣b在水平方向上所圍成三角形δao1b，根據(jù)三角形余弦定理得到，

l²＝l1²+l2²-2l1·l2·cosθ3(5)

式中，l表示識別物左邊緣a與右邊緣b的水平距離，即線段ab的長度，由公式(5)解得識別物左邊緣a與右邊緣b的水平距離l為，

再根據(jù)三角形δao1b中正弦定理得到，

式中，θ5表示線段ab與線段bo1所形成的水平夾角∠abo1，由公式(7)解得，

再根據(jù)三角幾何關(guān)系，求得識別物相對x軸的水平偏角θ為，

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：一種雙目攝像頭水平相對位姿識別方法簡單可行、充分利用了雙目視覺的特點(diǎn)和優(yōu)勢，通過對圖像差進(jìn)行幾何關(guān)系運(yùn)算便可以得到水平姿態(tài)轉(zhuǎn)角。